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Yxlon: Void-Analyse bei komplexen Bauteilen mittels Computerlaminografie

Advertorial

Fehlererkennung mit 2,5D-Inspektion
Void-Analyse bei komplexen Bauteilen mittels Computerlaminografie

LGA-CL-Void Inspektion
Yxlon führt den Benutzer effizient durch den gesamten Prüfprozess, um die fehlerhaften Lötstellen zu finden. Bild: Yxlon

Viele Hersteller in der Elektronikindustrie stoßen bei der Analyse und Messbarkeit von Porositäten in elektronischen Bauteilen an ihre Grenzen. Doppelseitige, dichte Leiterplatten mit einer Bestückung auf kleinstem Raum zeigen im herkömmlichen 2D-Röntgenbild Strukturüberlagerungen, die eine verlässliche Fehlererkennung unmöglich machen.

Elektronische Komponenten werden kontinuierlich für höchste Leistung optimiert. Immer mehr der kompakten Strukturen werden auf minimalem Raum untergebracht, deren Fehlerfreiheit ausschlaggebend für die Funktionalität ist. Die vorhandenen Prüfgeräte vieler EMS-Anbieter (Electronic Manufacturing Services) sind schnell veraltet und liefern von ihren Produkten nur noch Röntgenbilder von geringer, nicht aussagekräftiger Qualität. Immer öfter werden die nötigen Audits nicht mehr bestanden und die Produkte sind für ihre Endkunden, die die Komponenten z. B in den Bereichen Medizintechnik, Kommunikation, Luft- und Raumfahrt oder Automobilbau in kritische Endprodukte einbauen, nicht mehr zugelassen. Sowohl kleine als auch große Elektronikhersteller laufen Gefahr, mit zusätzlichen Kosten aufgrund der Bearbeitung von Rückläufern aus dem Feld konfrontiert zu werden, wenn sie nicht in der Lage sind, die Qualität ihrer Produkte zuverlässig zu überprüfen.

Void Defekten
Eine Vielzahl von verschiedenen Defekten, die auftreten können. Bild: Yxlon

In der Elektronikbranche gibt es mehrere Arten von Bauteilen, die „versteckte“ oder an der Unterseite angeschlossene Lötstellen haben, wie BGA (Ball Grid Array), LGA (Land Grid Array), QFN (Quad Flat No-Lead) und IC-Packages, genauso wie Leistungselektronik-Komponenten wie IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor). Ungeachtet ihrer unterschiedlichen Formen sind alle Lotkontakte anfällig für Lufteinschlüsse, Kurzschlüsse und Deformationen wie Non-Wet oder Head-in-Pillow.

Bei vielen SMT-Bauteilen – Widerständen, Kondensatoren und QFPs (Quad Flat Packages) – können die Lötstellen mit AOI (automatischer optischer Inspektion) geprüft werden. Bei „versteckten“ Bauteilen, wo die Lötstellen direkt zwischen Bauteil und Platine liegen, ist dies jedoch nicht möglich. Wenn diese Lötstellen von anderen Strukturen auf der Platine überlagert werden, wird die Sicht verdeckt und selbst in einem Durchstrahlungs-Röntgenbild kann die Lötstelle/der Defekt vom Prüfer nicht mehr eindeutig interpretieren werden.

LGA pads
Mit der Computerlaminographie lassen sich verborgene Gelenke, wie z. B. LGA, zuverlässig aufspüren und räumlich lokalisieren. Bild: Yxlon

Um den Anforderungen des Elektronikmarktes zu entsprechen, wurden Analysemethoden und -werkzeuge entwickelt, verbessert und kombiniert. Dies ermöglicht auch eine genauere Void-Messung an kritischen Grenzflächen als bisher.

Eine dieser Analysemethoden ist die Computerlaminografie (CL), eine Röntgentechnik, die hochauflösende virtuelle Querschnitte in einer einzelnen oder mehreren Schichten des Prüfteils liefert. Während eine 2D-Röntgenprüfung zwar eine hohe Auflösung, aber keine räumlichen Informationen liefert, bietet die Computertomografie zwar gute räumliche Informationen, aber bei Prüfteilen wie Leiterplatten durch ihre Form oftmals eine zu geringe Auflösung. Hier ist die Computerlaminografie die richtige Lösung. Sie fügt den hochauflösenden 2D-Bildern durch die spezielle Scantechnologie Tiefeninformationen hinzu, so dass gerade Defekte in einem flachen Objekt zuverlässig erkannt und räumlich lokalisiert werden können.

Anders als bei der klassischen Computertomografie werden bei der Laminografie keine 360-Grad-Projektionen benötigt, um räumliche Informationen zu erzeugen. Stattdessen werden die Objekte aus einem begrenzten Winkelbereich gescannt. Dadurch kann die Röntgenröhre viel näher an das flache Prüfobjekt herangeführt werden, um eine höhere Auflösung zu erzielen. Die Computerlaminografie wird manchmal auch als „2,5D-Prüfung“ bezeichnet, da sie sich technologisch zwischen der 2D-Röntgendurchleuchtung und der 3D-Computertomografie (CT) einordnen lässt. Die Laminografie eignet sich für die anspruchsvollen Prüfanforderungen von flachen Bauteilen wie Leiterplatten (PCB), Mikrochips (IC), kompletten Handys, Tablets oder auch Laptops.

LGA-Lötschnittebene
LGA-Lötschnittebene. Bild: Yxlon

Aus dem resultierenden Volumen können eine einzelne Schicht oder Schnittebene oder auch das vollständige Volumen geprüft werden. Die Schichtbilder können dank der eliminierten Überlagerung durch andere Bereiche schnell und genau analysiert werden.

Die Analyse-Software VoidInspect von Comet Yxlon führt den Benutzer mit Hilfe eines automatisierten Workflows durch den gesamten Prüfprozess mit anschließender Auswertung. Zuerst wird der Messbereich am Schnittbild der Lötstelle definiert. Anschließend kann der Prüfer Schwellwerte angeben, über den die Voids erkannt und klassifiziert werden. Sobald dieser Ablauf für ein Bild eingerichtet ist, kann er sehr effizient auf gleichartige Bilder angewendet werden. Die Daten können auf akzeptable und fehlerhafte Lötstellen überprüft und auch in ein externes System transferiert werden, wie zum Beispiel zur detaillierteren Überprüfung durch das Qualitätssystem der Prozessingenieure.

Auswertung der Void-Rate
Auswertung der Void-Rate mit Pass/Fail-Kriterien. Bild: Yxlon

Die Kombination aus hochwertigen, detailreichen Laminografiebildern und ausgereiften Prüfalgorithmen ermöglichen die objektive und präzise Auswertung von Voids in Lötstellen und bieten die effiziente Sicherung der Produktqualität und Funktionalität von Elektronikkomponenten.

Anwender von Comet Yxlon Röntgensystemen können auch von THTInspect DR für die Auswertung von Lötfüllungen profitieren. Weitere automatisierte Workflows sind bereits in der Entwicklung und stehen demnächst zur Verfügung.

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